Construction and steering of a two-wheeled balancing robot

eng Artykuł w języku angielskim DOI:

wyślij Krzysztof Lorenc , Adam Białkowski , Jan Awrejcewicz Faculty of Mechanics, Lodz University of Technology

Pobierz Artykuł

Abstract

Our aim is the construction and steering of a two-wheeled balancing robot. It is a mechatronic device, combining mechanical construction with electronic elements such as sensors and motor drives, as well as control with steering and programming. The robot uses readings from both analog gyroscope and digital accelerometer to compute its current angle position and maintain the upward position. Standard DC gear motors with plastic model wheels are used to move the body on a flat and non-slippery surface. Independent power supply in form of batteries has been mounted. The robot uses a PID regulator to control the signal for drives in order to smooth the movement and minimize the overshooting. PID parameters can be adjusted both in physical (using potentiometers) and software-wise manner. Board on the robot communicates wirelessly with a computer. Obtained data is sent to LabVIEW, so it can be easily plotted in real time to show various dynamic values such as motors PWM signal, computed angle or angular velocity of wheels. The connection to computer also allows steering the robot and commanding different routes. Dedicated controls can be used to tweak PID parameters and analyze their influence on robots stability.

Keywords

balancing robot, inverted pendulum

Budowa i sterowanie dwukołowego robota balansującego

Streszczenie

Naszym celem było zaprojektowanie i wykonanie dwukołowego robota balansującego razem z systemem sterowania. Jest to urządzenie mechatroniczne łączące w sobie elementy mechaniczne, elektryczne oraz elektroniczne, takie jak silniki, akumulatory, czujniki. Robot wykorzystuje odczyty z dwóch sensorów, analogowego żyroskopu oraz cyfrowego akcelerometru do wyznaczenia swojego położenia kątowego i utrzymania równowagi w pozycji pionowej. Dwa silniki prądu stałego z zamocowanymi przekładniami i kołami służą do poruszania całą konstrukcją robota po płaskich powierzchniach. Robot zasilany jest z niezależnego źródła energii w postaci trzech akumulatorów. System stabilizacji wykorzystuje regulator PID do kontroli ruchu w celu minimalizacji odchylenia od zadanej pozycji pionowej. Robot komunikuje się w sposób bezprzewodowy z komputerem, przesyłając informacje o aktualnej pozycji kątowej do programu LabVIEW. W programie tym informacje z czujników mogą być wyświetlone w czasie rzeczywistym na wykresie w celu zobrazowania dynamicznych zmian aktualnych wartości sygnałów przyspieszenia kół, prędkości kątowej czy obliczonego kąta położenia robota. Dodatkowe oprogramowanie służy do doboru parametrów PID oraz umożliwia analizę wpływu dobory parametrów regulatora na stabilność całej konstrukcji robota.

Słowa kluczowe

odwrócone wahadło, robot balansujący

Bibliografia

  1. Dual full-bridge driver, STMicroelectronics, L298 Data Sheet, January 2000.
  2. Digital Accelerometer, Analog Devices, ADXL345 Data Sheet Rev C, 05/2011.
  3. MEMS motion sensor dual axis pitch and yaw ±500°/s analog gyroscope, STMicroelectronics, LPY550AL Data Sheet Doc ID 15808 Rev 1, June 2009.
  4. [http://arduino.cc/it/Tutorial/PWM], Hirzel T., Arduino - PWM.
  5. Kędzierski J., Kalman filter used in a simple sensory system, 2007, (in Polish).